世界范围内风力发电行业仍在持续增长,特别是海上风电行业发展更为迅速。然而,复杂多变的海洋环境会影响海上风力发电机基础的稳定性。海上风机单桩基础产生冲刷的水力因素主要包括波浪和水流,为了保证海工结构物的生存能力,结构物所受压力、波浪涌高、结构物周围局部冲刷、结构物低频和高频共振影响等是工程中关心的重要问题,所以需要在工程实践中准确预测极端波浪和结构物之间的相互作用。水流受到基础阻碍后形成的下潜水流会冲击底床,形成马蹄形涡和绕过圆柱的尾涡,增大底床的剪切应力,对基础周围造成冲刷。本文主要研究内容如下:（1）采用qaleFOAM对聚焦波和固定圆柱之间的相互作用进行数值模拟。考虑两种波浪条件,模拟聚焦波浪与圆柱体的相互作用,结合试验数据验证模型的准确性,验证非线性波的产生、传播和对结构表面的冲击压力的准确性和有效性。采用不同的湍流建模方法,即层流模型、SST k-ω模型和有Smagorinsky方程的LES模型,以及不同的结构表面边界条件,包括滑移和无滑移条件,验证非线性波的产生、传播和其对结构表面的冲击压力的准确性和有效性。发现圆柱体表面边界条件和湍流建模方法不影响波的升高和冲击压力,表明圆柱周围的湍流效应不明显。（2）水流受到基础阻碍后形成的下潜水流会冲击底床,形成马蹄形涡和绕过圆柱的尾涡,增大底床的剪切应力,对基础周围造成冲刷。对此,本文提出了一种底部为圆台形的单桩基础结构,研究其对水流速度、底床剪应力及涡量的影响,并设计了不同直径的圆台基础探究其冲刷防护效果。具体上,通过分析圆台基础直径改变对流速降低、底床剪切应力减小、涡量减少的效率来判断其冲刷防护效果,确定圆台基础的最佳尺寸。分析了底床上方0.1m处的速度矢量和垂向上速度矢量的变化,发现直径为3.5m时,其降低最大流速及基础两侧水流速度的效果较好。在不同直径的圆台基础下,分析底床上方0.1m处剪切应力的变化,发现底床最大剪切应力随着直径的增加而减小,直至直径为3.5m时达到最小。并利用Q准则法判断直径对涡量产生的影响,结果表明涡量随着直径的扩大而减少,当直径为3.5m时,对涡量的减少幅度最大,可作为最佳尺寸。